O conhecimento básico e aplicado sobre os semicondutores, utilizados em diversos tipos de circuitos integrados, e outros materiais elétricos é o destaque no livro Semicondutores – Fundamentos, técnicas e aplicações, que acaba de ser lançado pela Editora da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp).
Além de apresentar a história, a evolução e as tendências dos dispositivos e circuitos integrados, a obra, de autoria do professor Jacobus Swart, da Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC) da Unicamp, descreve as propriedades dos semicondutores, especialmente os processos utilizados na obtenção de cristais de silício e na fabricação de diversos outros tipos de dispositivos eletrônicos.
“O livro começa com referências ao primeiro transistor conhecido, fabricado nos Laboratórios Bell, nos Estados Unidos, em 1947, até chegar às tendências futuras a curto e médio prazo, passando pela criação do conceito de circuito integrado, em 1958 na Texas Instruments”, disse Swart à Agência Fapesp.
“Uma das grandes tendências futuras é que as dimensões dos materiais deverão continuar sendo reduzidas por, pelo menos, mais 15 anos, com base na conhecida Lei de Moore”, conta.
A Lei de Moore foi introduzida em 1965 quando o então presidente da Intel, Gordon Moore, estimou que o poder de processamento dos chips teria um aumento de 100% a cada período de 18 meses.
“Novos conceitos que não estão dentro da evolução da Lei de Moore também estão sendo agregados e podem ser considerados tendências, como os dispositivos de um único elétron, conhecidos como bloqueio coulombiano, e a spintrônica”, explicou Swart.
A spintrônica é uma tecnologia emergente que explora a propensão quântica ao movimento de rotação característica dos elétrons (spin significa “girar” em inglês), fazendo uso do estado de suas cargas.
O silício é utilizado nos mais diversos tipos de produtos, como relógios, rádios, televisores, telefones, computadores e carros, além de que outras atividades econômicas utilizam processadores para as mais variadas funções, como em sistemas de controle de máquinas, aparelhos de segurança e equipamentos em medicina e agricultura.
Devido à grande importância do elemento químico, Swart classifica a sociedade atual como a da “idade do silício”, por conta de ser o material mais importante na fabricação de seus utensílios.
“Trata-se de uma analogia com idades como as da pedra e dos metais. É nesse espírito que costumo dizer que estamos na idade do silício, uma vez que, hoje, praticamente todos os componentes eletrônicos são baseados em silício”, explica o também diretor do Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer (CTI), em Campinas. “As propriedades do silício são tão boas que podemos considerá-lo como uma dádiva da natureza.”
Idade do silício
O livro é dirigido a alunos de graduação, pós-graduação e demais pesquisadores brasileiros, que segundo Swart “ainda formam uma comunidade científica reduzida quando comparada com a de outros países desenvolvidos”.
Ele explica que todo o progresso científico e tecnológico que levou à “idade do silício” ocorreu por meio das contribuições de cientistas e engenheiros que desenvolveram a teoria da mecânica quântica e idealizaram os dispositivos, circuitos e sistemas.
“A obra se propõe a contribuir para a formação de recursos humanos na área de semicondutores. Mas mesmo que o engenheiro não vá trabalhar com materiais, dispositivos ou circuitos, o conhecimento desses temas o ajudará a entender as suas aplicações. Essas questões devem interessar como uma cultura básica para esses profissionais”, explicou.
Após uma introdução que mostra a importância do estudo desses materiais, o professor faz nos capítulos seguintes uma revisão de conceitos de mecânica quântica e de ligações químicas, além de apresentar, entre diversos outros temas, conceitos de cristalografia, técnicas de obtenção de cristais semicondutores de silício, dados sobre junções de materiais e processos usados para a fabricação de dispositivos semicondutores.
Swart é também coordenador do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Sistemas Micro e Nanoeletrônicos (Namitec), que tem o objetivo de gerar, aplicar e disseminar conhecimentos de micro e nanoeletrônica, articulando competências para promover inovações que atendam às necessidades da sociedade.
O Namitec é um dos 44 Institutos Nacionais de Ciência e Tecnologia (INCTs) com sede no Estado de São Paulo. Os INCTs têm características dos Projetos Temáticos da Fapesp, modalidade que se destina a apoiar propostas de pesquisa com objetivos suficientemente ousados, que justifiquem maior duração e maior número de pesquisadores participantes.